材料腐蝕原理

會(huì)計(jì)學(xué)1材料腐蝕原理均勻腐蝕程度的評(píng)定方法1局部腐蝕程度的評(píng)定方法2Content：第1頁(yè)/共25頁(yè)腐蝕的分類(lèi)-腐蝕形態(tài)1.普遍性腐蝕（或全面腐蝕）(GeneralCorrosion)

腐蝕分布在整個(gè)金屬的表面，可以是均勻的或不均勻的。這類(lèi)金屬的危險(xiǎn)性較小，也較容易控制，并且依據(jù)腐蝕速率可進(jìn)行結(jié)構(gòu)腐蝕控制設(shè)計(jì)和使用壽命預(yù)測(cè)。2.局部腐蝕(LocalizedCorrosion)

局部可以是部分的也可以是成分的：前者包括坑，斑點(diǎn)，焊接區(qū)，縫隙區(qū)，金屬與導(dǎo)電體接觸區(qū)，表面下及晶間腐蝕等；后者較明顯的實(shí)例是黃銅的脫鋅破壞。局部腐蝕較普遍性腐蝕更具危險(xiǎn)性，更容易導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品腐蝕失效。3.應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力作用下的腐蝕斷裂即材料在應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境介質(zhì)協(xié)同作用下發(fā)生的開(kāi)裂及斷裂失效現(xiàn)象。當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時(shí)，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱(chēng)為應(yīng)變（Strain）。材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為應(yīng)力（Stress）。

第2頁(yè)/共25頁(yè)一、材料腐蝕程度的評(píng)定方法材料的腐蝕傾向由其熱力學(xué)穩(wěn)定性決定，熱力學(xué)上不穩(wěn)定的材料具有腐蝕自發(fā)性，然而，腐蝕造成的破壞狀況和程度大小則取決于腐蝕的動(dòng)力學(xué)。腐蝕的類(lèi)型不同，所采用的評(píng)定方法也不同。主要為兩種評(píng)定方法：

均勻腐蝕程度的評(píng)定方法

局部腐蝕程度的評(píng)定方法

第3頁(yè)/共25頁(yè)1.重量法2.深度法3.電流密度表征法

均勻腐蝕對(duì)于全面腐蝕情況下的均勻腐蝕，通常采用這三種方法來(lái)表征腐蝕的平均速率平均腐蝕速率：averagecorrosionrate

一.均勻腐蝕程度的評(píng)定方法第4頁(yè)/共25頁(yè)1.重量法重量法（確切講應(yīng)該為質(zhì)量法）靈敏、有效、用途廣泛，是最基本的定量評(píng)定方法之一。是根據(jù)腐蝕前后的重量變化(增加或減少)來(lái)表示腐蝕的平均速率。增重法：若腐蝕產(chǎn)物全部牢固地附著于試樣表面，或雖有脫落但易于全部收集，則常用增重法來(lái)表示。失重法：如果腐蝕產(chǎn)物完全脫落或易于全部清除、則往往采用失重法。第5頁(yè)/共25頁(yè)計(jì)算公式：平均腐蝕速率(單位時(shí)間、單位面積的重量變化)的計(jì)算公式為：

式中，υw為腐蝕速率(g／(m2．h))；W＝|W-W0|，為試樣腐蝕前重量W0和腐蝕后重量W的變化量(g)；S為試樣的表面積(m2)；t為試樣腐蝕的時(shí)間(h)。第6頁(yè)/共25頁(yè)注意事項(xiàng)假定整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)腐蝕始終以恒定的速率進(jìn)行，而實(shí)際常并非如此S通常是利用試樣腐蝕前的表面積，當(dāng)試樣周期內(nèi)腐蝕導(dǎo)致的試樣表面積變化明顯時(shí)將會(huì)影響數(shù)據(jù)真實(shí)性采用失重法時(shí)，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法去除試樣表面的殘余腐蝕產(chǎn)物

條件表面積S

操作注意事項(xiàng)：第7頁(yè)/共25頁(yè)2.深度法從工程應(yīng)用角度上看，影響結(jié)構(gòu)或設(shè)備壽命和安全的重要指標(biāo)是腐蝕后構(gòu)件的有效截面尺寸。因此，用深度法表征腐蝕程度更有實(shí)際意義。特別是對(duì)衡量不同密度的材料的腐蝕程度，目前該方法已被納入有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如我國(guó)國(guó)標(biāo)GBl0124《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》，美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTMG1，ASTMG3等)。方法：直接測(cè)量腐蝕前后或腐蝕過(guò)程中某兩時(shí)刻的試樣厚度．就可以得到深度法表征的腐蝕速率(失厚或增厚)。第8頁(yè)/共25頁(yè)計(jì)算公式：深度法表征的腐蝕速率可以由重量法計(jì)算出的腐蝕速率換算得到，換算公式為：?Vd=Vw/8.76

式中υd,υw分別為深度法和重量法表示的腐蝕速率，單位分別為mm/a和g/m2h。對(duì)于腐蝕減薄情況,為腐蝕材料的密度；對(duì)于增厚情況，應(yīng)為腐蝕產(chǎn)物的密度。但實(shí)際中腐蝕產(chǎn)物密度的準(zhǔn)確值難以確定，因而式一般僅用于減薄情況，的單位為g/cm3。第9頁(yè)/共25頁(yè)根據(jù)深度法表征的腐蝕速率大小，可以將材料的耐蝕性分為不同的等級(jí):第10頁(yè)/共25頁(yè)υd：>1.0mm/aυd：0.1~1.0mm/aυd<0.1mm/a

耐蝕（1級(jí)）不可用（3級(jí)）可用（2級(jí)）其他方法：三級(jí)分類(lèi)法不管按幾級(jí)分類(lèi)，僅具有相對(duì)性和參考性，科學(xué)地評(píng)價(jià)腐蝕等級(jí)還必須考慮具體應(yīng)用背景。第11頁(yè)/共25頁(yè)3.電流密度表征法：金屬的電化學(xué)腐蝕是由陽(yáng)極溶解導(dǎo)致的、因而電化學(xué)腐蝕的速率可以用陽(yáng)極反應(yīng)的電流密度來(lái)表征。法拉第定律指出，當(dāng)電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，電極上發(fā)生電化學(xué)變化的物質(zhì)的量與通過(guò)的電量成正比，與電極反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電荷數(shù)成反比。第12頁(yè)/共25頁(yè)法拉第定律：設(shè)通過(guò)陽(yáng)極的電流強(qiáng)度為I，通電時(shí)間為t，則時(shí)間t內(nèi)通過(guò)電極的電量為It，相應(yīng)溶解掉的金屬的質(zhì)量

M為A為1mol金屬的相對(duì)原子質(zhì)量，單位為g/mol；n為金屬陽(yáng)離子的價(jià)數(shù),F為法拉第常數(shù)．其值約為96500C/mol。第13頁(yè)/共25頁(yè)腐蝕速率計(jì)算公式：對(duì)于均勻腐蝕情況．陽(yáng)極面積為整個(gè)金屬表面S，因此腐蝕電流密度icorr為I/S。這樣就可以得到重量法表示的腐蝕速率υw和電流密度之間的關(guān)系：同樣可以得到以深度法表征的腐蝕速率與腐蝕電流密度的關(guān)系為第14頁(yè)/共25頁(yè)腐蝕速率計(jì)算公式：當(dāng)電流密度icorr的單位取A/cm2，其他量的單位同前面規(guī)定時(shí),重量法所表示的腐蝕速率υw：

υw=3.73×10-1Aicorr/n深度法所表示的腐蝕速率υd可以換算為？？？前面所介紹的腐蝕速率表征方法均適用于均勻腐蝕情況。而對(duì)于非均勻腐蝕，即便是全面腐蝕，上述方法也不適用，這時(shí)需要借助其他方法來(lái)評(píng)定腐蝕程度。第15頁(yè)/共25頁(yè)二.局部腐蝕程度的評(píng)定方法包括應(yīng)力作用下腐蝕在內(nèi)的廣義局部腐蝕的特點(diǎn)是，材料的質(zhì)量損失很小，但是，材料局部腐蝕可能會(huì)很?chē)?yán)重。因此，評(píng)價(jià)局部腐蝕程度不能簡(jiǎn)單地采用前面介紹的適用于均勻腐蝕的方法，這時(shí)需要根據(jù)具體腐蝕類(lèi)型，以及對(duì)材料或結(jié)構(gòu)安全可靠性的影響等來(lái)選擇適用的評(píng)定方法。第16頁(yè)/共25頁(yè)

應(yīng)力作用下的腐蝕

多數(shù)局部腐蝕點(diǎn)蝕密度，平均點(diǎn)蝕深度，最大點(diǎn)蝕深度測(cè)量電阻率的改變斷裂壽命，斷裂時(shí)間法

點(diǎn)腐蝕評(píng)價(jià)局部腐蝕程度不能簡(jiǎn)單地采用前面介紹的適用于均勻腐蝕的方法，這時(shí)需要根據(jù)具體腐蝕類(lèi)型，以及對(duì)材料或結(jié)構(gòu)安全可靠性的影響等來(lái)選擇適用的評(píng)定方法。局部腐蝕程度的評(píng)定方法第17頁(yè)/共25頁(yè)計(jì)算公式：測(cè)定腐蝕前后試件機(jī)械強(qiáng)度或斷裂延伸率的變化，不僅適用于全面腐蝕（均勻的或不均勻的），更有利于評(píng)價(jià)局部腐蝕。假設(shè)試件腐蝕前、后的抗拉強(qiáng)度分別為b和b’，延伸率分別為f和f’

，則在規(guī)定腐蝕時(shí)間內(nèi)，評(píng)定腐蝕程度的指標(biāo)抗拉強(qiáng)度損失K和延伸率損失K可分別表示為第18頁(yè)/共25頁(yè)宏觀與微觀腐蝕電池金屬的電化學(xué)腐蝕腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)腐蝕原電池電極與電位1234第19頁(yè)/共25頁(yè)絕大多數(shù)金屬均處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，有自動(dòng)發(fā)生腐蝕的傾向，研究腐蝕現(xiàn)象需要從兩個(gè)方面著手，一方面是看腐蝕的自發(fā)傾向大?。硪环矫媸强锤g進(jìn)程的快慢，前者需要用熱力學(xué)原理進(jìn)行分析，后者則要借助動(dòng)力學(xué)理論。對(duì)于金屬腐蝕和大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，一般都是在恒溫、恒壓的敞開(kāi)體系條件下進(jìn)行的，在這種情況下，用系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)吉布斯(Gibbs)自由能判據(jù)來(lái)判斷反應(yīng)的方向和限度較為方便。吉布斯自由能用G表示、它被定義為物質(zhì)系統(tǒng)的焓減去它的絕對(duì)溫度與熵的乘積。腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)第20頁(yè)/共25頁(yè)腐蝕傾向的熱力學(xué)判據(jù)對(duì)于等溫、等壓并且沒(méi)有非膨脹功的過(guò)程，物質(zhì)系統(tǒng)的平衡態(tài)對(duì)應(yīng)于吉布斯自由能G為最低的狀態(tài)G的負(fù)值的絕對(duì)值越大，該腐蝕的自發(fā)傾向就越大。第21頁(yè)/共25頁(yè)金屬原子態(tài)和化合態(tài)自由能狀況第22頁(yè)/共25頁(yè)腐蝕與環(huán)境的關(guān)系例：判斷那種情況下會(huì)發(fā)生腐蝕：(1)銅在純鹽酸(pH＝0)中，則有Cu+2H+

Cu2++H2↑

00≈65.520(2)銅在含有溶解氧的鹽酸(PH＝0，pO2＝212